Διερεύνηση της δραστηριότητας επιφανειακών μερικών εκκενώσεων σε ανομοιογενές βραδέως μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο

Abstract

Surface partial discharge activity in a non-uniform slowly varying electric field is investigated. The effects of the insulating surface material, as well as the spatial distribution and temporal variation of the applied electric field stress, on the mode of activity and the inception and growth characteristics of positive and negative partial discharges are assessed and discussed. A theoretical model for estimating the inception of partial discharges in atmospheric air was initially modified to account for the geometry of the electrodes used in this thesis. An empirical model for estimating the partial discharge current, based on experimental measurements, was also developed. These partial discharge models for atmospheric air formed the basis for the thorough investigation of surface partial discharge activity. Experimental setups were designed and implemented, and new procedures for combined electrical, electrostatic, and optical measurements were applied to investigate the inception and development characteristics of surface partial discharges. The inception and growth characteristics of surface partial discharges under various modes of activity were investigated under the influence of the dimensions of the highly stressed electrode, the insulating surface material and charging, as well as the rate of the temporal variation and polarity of the applied voltage. Emphasis was given on the correlation between the partial discharge current at different stages of their development and the main characteristic parameters of the associated ultraviolet radiation, as affected by the sensitivity of the optical measurement system. The results of this thesis contribute to the effort of accurately determining and estimating the inception and growth characteristics of surface partial discharges, aiming to optimizing the design and implementation of complex insulation systems, as well as developing technological applications that utilize partial discharges.

Σκοπό της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η διερεύνηση της δραστηριότητας επιφανειακών μερικών εκκενώσεων σε ανομοιογενές βραδέως μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Έγινε προσπάθεια αποσαφήνισης των επιδράσεων του υλικού της μονωτικής επιφάνειας καθώς και της χωρικής κατανομής και χρονικής μεταβολής του ηλεκτρικού πεδίου καταπόνησης στη μορφή δραστηριότητας και στα χαρακτηριστικά έναυσης και ανάπτυξης θετικών και αρνητικών μερικών εκκενώσεων. Στο πλαίσιο της διατριβής, αρχικά τροποποιήθηκε θεωρητικό μοντέλο έναυσης μερικών εκκενώσεων ατμοσφαιρικού αέρα ώστε να λαμβάνεται υπόψη η γεωμετρία των ηλεκτροδίων που χρησιμοποιήθηκε και αναπτύχθηκε εμπειρικό μοντέλο εκτίμησης του ρεύματος των μερικών εκκενώσεων βασισμένο σε πειραματικές μετρήσεις. Τα μοντέλα αυτά μερικών εκκενώσεων ατμοσφαιρικού αέρα αποτέλεσαν τη βάση για την ενδελεχή μελέτη των επιφανειακών μερικών εκκενώσεων. Σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν πειραματικές διατάξεις και εφαρμόστηκαν νέες διαδικασίες συνδυασμένων ηλεκτρικών, ηλεκτροστατικών και οπτικών μετρήσεων για τη διερεύνηση των χαρακτηριστικών έναυσης και ανάπτυξης επιφανειακών μερικών εκκενώσεων. Τα χαρακτηριστικά έναυσης και ανάπτυξης των επιφανειακών μερικών εκκενώσεων υπό διάφορες μορφές δραστηριότητας διερευνήθηκαν υπό την επίδραση των διαστάσεων του φορτισμένου ηλεκτροδίου, του υλικού και της φόρτισης της μονωτικής επιφάνειας καθώς επίσης του ρυθμού μεταβολής και της πολικότητας της εφαρμοζόμενης τάσης. Έμφαση δόθηκε στη συσχέτιση μεταξύ του ρεύματος των μερικών εκκενώσεων στα διάφορα στάδια εξέλιξης τους και των βασικών χαρακτηριστικών μεγεθών της υπεριώδους ακτινοβολίας τους, όπως αυτή επηρεάζεται από την ευαισθησία του οπτικού συστήματος μέτρησης. Τα αποτελέσματα της διατριβής συνεισφέρουν στην προσπάθεια ακριβούς προσδιορισμού και εκτίμησης των χαρακτηριστικών έναυσης και ανάπτυξης επιφανειακών μερικών εκκενώσεων με σκοπό τη βέλτιστη σχεδίαση και υλοποίηση σύνθετων συστημάτων μόνωσης καθώς και την ανάπτυξη τεχνολογικών εφαρμογών που αξιοποιούν τις μερικές εκκενώσεις.